Теплообмен в каналах охлаждения

Рассмотрим течение в цилиндрической трубе (см. рис. 5.6). На начальном участке I развивается ламинарный пограничный слой. Внутри этого слоя течение происходит параллельно стенке. Участок II, в конце которого начинается разрушение ламинарного пограничного слоя, называется гидродинамическим начальным участком.

Участок III характеризуется турбулентным течением с ламинарным подслоем постоянной толщины.

При определении чисел Re и Nu в качестве характерного размера используется диаметр трубы, а для каналов сложной формы – эквивалентный диаметр

, (5.11)

где F_сеч – площадь поперечного сечения;

П – периметр.

Экспериментальные исследования дают основания принять следующее:

при Rе ≤2^.10³ течение ламинарное;

при Rе ≤ 10⁴ – турбулентное;

при Rе >1,5^.10⁵ ламинарный участок практически отсутствует.

Характер изменения определяется соотношением , где n=0,8. Пример представлен на рис. 5.7.

Значение коэффициента А определяется формой и размерами каналов системы охлаждения и характером течения в них. Обычно эти каналы имеют большую относительную длину, что позволяет пользоваться критериальными соотношениями для длинных труб.

Сечение канала должно быть достаточным для пропуска расхода охлаждающего воздуха:

, (5.12)

где μ=0,6 - коэффициент расхода;

q(λ) - газодинамическая функция расхода, которую рассчитывают по отношению давлений ;

p_г - статическое давление газа на выходе из канала;

- полное давление воздуха на входе в канал.

Значение коэффициента теплоотдачи в канале определяется с помощью критериального уравнения

, (5.13)

где ;

- гидравлический диаметр канала;

П_к - периметр канала;

К_Σ=К₁ К₂ К₃ К₄ К₅ К₆ К₇ - суммарная поправка;

К₁ = - поправка на значение температуры;

К₂ = 1+ 1,77 - поправка на радиус кривизны канала;

К₃ = 1+ 4,20 - поправка на длину канала;

К₄ = 1+ - поправка на величину поверхности ребер внутри канала канала;

К₅ = 1,1…1,2 - поправка на наличие турбулизаторов;

К₆ = 0,7…0,85…1 - поправка, учитывающая несимметричный теплообмен по поверхности канала (большее значение – для гладких каналов, среднее – для каналов с турбулизаторами, большее – для симметричного теплообмена);

К₇ = 1+16.1 - поправка на вращение; (5.14)

- средний диаметр турбины;

- окружная скорость на среднем диаметре турбины;

- скорость воздуха.

Коэффициент теплоотдачи существенно возрастает, если струя охлаждающего воздуха направлена перпендикулярно стенке. Такой способ охлаждения часто используется на передней кромке лопатки. При этом

, (5.15)

где ;

- гидравлический диаметр струйного сопла;

- суммарное поперечное сечение струй;

- суммарный периметр струй;

- суммарное поперечное сечение каналов, отводящих воздух из зоны струйного охлаждения;

- суммарный расход воздуха на струйное охлаждение;

- расстояние от сопла до стенки.

Дата добавления: 2015-08-26